Perforando por debajo del nivel freático

Vernos en el brete de tener que perforar por debajo del nivel freático es una situación que se da con relativa frecuencia en muchas de las especialidades de lo que entendemos por cimentaciones especiales y tratamientos del terreno. Es sin lugar a dudas una de las cosas que más quebraderos de cabeza puede llegar a producir, ya que las soluciones no suelen ser nunca óptimas y las consecuencias pueden ser bastante graves. Es más sencillo, posiblemente, ejecutar 20.000m2 de muro-pantalla, que hacer, a la ligera y sin las oportunas consideraciones, unos pocos anclajes en arenas sueltas con 6,0m de columna de agua. Esto os prometo que es así.

Pues como el tema lo requiere, he pensado que este humilde blog puede dedicarle unos cuantos post a este tema.

En ellos veremos las circunstancias que se deben de dar en nuestra obra para que tengamos que ponernos en alerta (condiciones necesarias), los problemas potenciales que podemos tener, y claro está, las distintas soluciones que podemos llevar a cabo para eliminar, o al menos minimizar, las consecuencias negativas. Si concluimos que existen altas posibilidades de vernos en un serio problema, hay que planificar las medidas preventivas adecuadas.

En este post nos centraremos en apuntar las circunstancias o los motivos que nos debe de llevar a empezar a preocuparnos por el tema. Son los siguientes:

  1. Este tipo de problemas se dan sobre todo durante la ejecución de anclajes para el sostenimiento de muros-pantalla, inyecciones de impermeabilización en presas y túneles; inyecciones de compensación, etc. Así que si tienes una de estas obras a la vista, estate atento.

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2. El punto de emboquille de la perforación se sitúa por debajo del nivel freático. Aunque es algo que es evidente, no está demás decirlo.

Cuando esto ocurre, nuestra perforación se convierte en un punto de drenaje del acuífero, por lo que en principio hemos de suponer que tendremos un salida constante de agua por la boca de la perforación (con o sin arrastre de finos). Recordemos que en los puntos situados al trasdós de un muro-pantalla o bajo la cimentación de un presa, el agua se encuentran a la presión hidrostática que determine la columna de agua de dicho punto, por lo que cuando perforamos lo que hacemos es comunicar un punto con cierta carga hidráulica (hA) con otro en el que la carga es cero (hB=0). Esta diferencia de carga hidráulica (Δh) es la que alimenta el gradiente hidráulico (i), y por lo tanto el flujo de agua.

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                                                                                             i=Δh/L

3. La altura o columna de agua que tengamos por encima del punto de emboquille.

No será lo mismo estar un metro por debajo del nivel freático que estar diez. La presión hidrostática no será la misma y esto determinará por un lado, el caudal de agua que nos entra a través de la perforación, y por otro, un aumento de las probabilidades de tener arrastre de terreno.

Recordemos que por cada metro de columna de agua, la presión aumenta 0,1bar (≈0.1 Kgf/cm2). Un numerito que no se olvida: 10m de columna de agua, equivale a una presión de 1bar.

4. Hay que determinar si el acuífero que estamos perforando es libre o confinado.

Si es el primer caso, la estimación de la ley de presiones hidrostáticas del agua en el terreno puede ser fácil de determinar; mientras que en el segundo, la estimación puede ser más compleja, lo que no evita que deba de ser conocida con igual fiabilidad.

5. La longitud, diámetro e inclinación de la perforación. Cuanto mayor sean estos tres parámetros, mayor será caudal que tengamos en la boca del taladro. Es más, cuanto mayor sea la inclinación, la presión hidrostática en cualquier punto de la perforación será mayor que si la inclinación fuese menor.

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6. Las características del terreno a perforar.

La entrada de agua puede ser un mal menor si el agua no arrastrar finos. El arrastre de finos se da cuando el material de disgrega debido al flujo de agua generado por la presencia de un gradiente hidráulico. Cuando el flujo de agua vence las fuerzas que mantienen el terreno agregado, este tiende a disgregarse por lo que puede ser arrastrado por la corriente de agua. Comúnmente se conoce como “arrastre de finos”, ya que en un terreno granular, el material que más fácilmente se desagrega son las arenas finas, el limo y las arcillas que componen la matriz de las gravas.

La cementación del terreno también será un aspecto a valorar. Unas gravas que estén fuertemente cementadas pueden ser un gran aliado para evitar arrastres.

Además de la matriz fina que componen los terrenos granulares, el agua también puede arrastra gravas, todo depende de la presión hidrostática y de la compacidad del terreno.

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Además de lo comentado, es bueno tener información acerca de los parámetros hidrogeológicos del terreno: porosidad, permeabilidad, etc.

7. Estratigrafía del terreno a perforar. Tan importante es el terreno en el emboquille del taladro, como el que constituye el resto de la perforación. Veamos el siguiente esquema.

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Durante los primeros metros podremos pensar que vamos a tener una perforación plácida, ya que, a pesar de estar perforando por debajo del nivel freático, estamos en un nivel de baja permeabilidad (arcillas) que nos permite tener una perforación “seca”.. El problema viene cuando empezamos a perforar las arenas. Se suele producir lo que conocemos como un “taponazo” de agua: una entrada súbita de agua (y tal vez terreno) en el recinto de la obra.

Este esquema se repite más de lo que parece. Cuando se diseñan los anclajes para el sostenimiento de un muro pantalla, siempre que existe un nivel granular (arenas y/o gravas) a una distancia razonable, el proyectista (con muy buen criterio) intenta que el bulbo quede en este terreno ya que los terrenos arcillosos son muy malos amigos de los bulbos de los anclajes, más allá de lo que puedan decir las tablas de los coeficientes de adherencia.

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De hecho, esta situación se repite siempre que perforamos el muro-pantalla de hormigón armado y empezamos a perforar el terreno natural sometido a cierta carga hidrostática.

Con estos siete puntos creo que todos podemos hacernos cargo de la situación. Como hemos podido ver, no son casos nada excepcionales y a los que a buen seguro muchos de vosotros os habéis enfrentado en alguna ocasión. Lo importante es lo que repito muchas veces, conocer las circunstancias que nos pueden arruinar la obra y tener herramientas-conocimientos para evitarlo, pero lo primero es prever el problema.

Espero que os haya sido de utilidad y nos vemos por aquí pronto para hablar sobre este y otros temas. Muchas gracias.

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4 Comentarios

  1. Prontubeam
    noviembre 12, 15:46 Reply
    Todas las causas y consecuencias aquí mencionadas parecen lógicas, pero es muy útil recordarlas ya que por muy lógicas que parezcan se nos pueden acabar olvidando. buen aporte!
    • Desdeelmurete
      noviembre 12, 17:17 Reply
      Muchas gracias Este post es un poco a modo de introducción. En el futuro veremos las consecuencias que pueden acaecer, y por supuesto, las posibles soluciones. Un saludo.
  2. Bran
    noviembre 05, 13:45 Reply
    Hola Nacho En tus años de experiencia, ¿has recibido o encargado alguna vez ensayos de laboratorio sobre los suelos en los que se practicarán los anclajes para valorar a priori los arrastres? Por ejemplo: Pin-hole. En caso afirmativo, ¿qué valoración te merecen los resultados de los ensayos respecto a la experiencia real en obra? y ¿crees que merece la pena el gasto económico de realizar los ensayos frente a las ventajas que puede suponer saber cómo de susceptibles son los suelos frente a los arrastres? Y por último, ¿cómo atajas los arrastres?
    • Desdeelmurete
      noviembre 05, 18:06 Reply
      Buenas Bran, pues la verdad es que nunca.¿Su utilidad? No sé, algo siempre aportarían por supuesto, pero no sé si el fenómeno que evalúan es el mismo. La dispersión va más de cómo se desagregan las propias partículas (arcilla, limo,...) Aquí lo que normalmente arrastra el agua son los granos de la matriz o la propia arena/grava. Este tipo de ensayo lo veo más para evaluar tubificaciones en presas o balsas...Respecto a las soluciones, hay varias dependiendo de si hay arrastres o no, su magnitud, la posibilidad de "asumirlos",etc. Para este bloque temático tengo pensados 5 o 6 post más, este es es un poco introductorio, así que paciencia que las veremos todas. Gracias por seguir el blog y por participar.

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